JP4609098B2 - Process for oxidizing object, oxidation apparatus and storage medium - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に対して酸化処理を施す被処理体の酸化方法、酸化装置及びこの酸化装置を制御するプログラムを記憶する記憶媒体に関する。 The present invention relates to an oxidation method for an object to be processed for oxidizing the surface of an object to be processed such as a semiconductor wafer, an oxidation apparatus, and a storage medium for storing a program for controlling the oxidation apparatus.
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の処理が行なわれる。上記各種の処理の中で、例えば酸化処理を例にとれば、この酸化処理は、単結晶或いはポリシリコン膜の表面等を酸化する場合、金属膜を酸化処理する場合等が知られており、特に、ゲート酸化膜やキャパシタ等の絶縁膜を形成する時に主に用いられる。 In general, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, various processes such as a film formation process, an etching process, an oxidation process, a diffusion process, and a modification process are performed on a semiconductor wafer made of a silicon substrate or the like. Among the various processes described above, for example, when an oxidation process is taken as an example, this oxidation process is known to oxidize the surface of a single crystal or a polysilicon film, or to oxidize a metal film, etc. In particular, it is mainly used when forming an insulating film such as a gate oxide film or a capacitor.
この酸化処理を行なう方法には、圧力の観点からは、略大気圧と同等の雰囲気下の処理容器内で行なう常圧酸化処理方法と真空雰囲気下の処理容器内で行なう減圧酸化処理方法とがあり、また、酸化に使用するガス種の観点からは、例えば水素と酸素とを外部燃焼装置にて燃焼させることによって水蒸気を発生させてこの水蒸気を用いて酸化を行なうウェット酸化処理方法(例えば特許文献1等)と、オゾンのみ、或いは酸素のみを処理容器内へ流すなどして水蒸気を用いないで酸化を行なうドライ酸化処理方法(例えば特許文献2等)とが存在する。
From the viewpoint of pressure, the oxidation treatment method includes a normal pressure oxidation treatment method performed in a treatment vessel under an atmosphere substantially equal to atmospheric pressure and a reduced pressure oxidation treatment method carried out in a treatment vessel under a vacuum atmosphere. In addition, from the viewpoint of the type of gas used for oxidation, for example, a wet oxidation method in which hydrogen and oxygen are burned in an external combustion device to generate water vapor and oxidation is performed using the water vapor (for example, a patent)
ところで、絶縁膜としては耐圧性、耐腐食性、信頼性等の膜質特性を考慮すると、一般的には、ドライ酸化処理により形成された物よりも、ウェット酸化処理により形成された物の方が比較的優れている。また、形成される酸化膜(絶縁膜)の成膜レートやウエハ面内の均一性の観点からは、一般的には、常圧のウェット酸化処理により形成された物は、酸化レートは大きいが、膜厚の面内均一性に劣り、減圧のウェット酸化処理により形成された物は、逆に酸化レートは小さいが膜厚の面内均一性に優れている、という特性を有している。 By the way, in view of film quality characteristics such as pressure resistance, corrosion resistance, and reliability, an insulating film is generally formed by a wet oxidation process rather than a dry oxidation process. It is relatively good. Further, from the viewpoint of the film formation rate of the oxide film (insulating film) to be formed and the uniformity within the wafer surface, in general, an object formed by normal-pressure wet oxidation treatment has a high oxidation rate. In addition, the in-plane uniformity of the film thickness is inferior, and the product formed by the wet oxidation treatment under reduced pressure has the characteristic that the oxidation rate is small but the in-plane uniformity of the film thickness is excellent.
従来にあっては、半導体集積回路のデザインルールがそれ程厳しくなかったことから、酸化膜が適用される用途やプロセス条件、装置コスト等を適宜勘案して、上述したような種々の酸化方法が用いられていた。しかしながら、最近のように線幅や膜厚がより小さくなってデザインルールが厳しくなると、それに従って、膜質の特性や膜厚の面内均一性等がより高いものが要求されるようになってきており、酸化処理方法では、この要求に十分に対応することができない、といった問題が発生してきた。 Conventionally, since the design rule of the semiconductor integrated circuit was not so strict, various oxidation methods as described above were used in consideration of the application, process conditions, equipment cost, etc. to which the oxide film is applied. It was done. However, as line width and film thickness become smaller and design rules become stricter as recently, higher quality and in-plane uniformity of film quality are required accordingly. However, there has been a problem that the oxidation treatment method cannot sufficiently meet this requirement.
また、ウェット酸化処理方法の例として例えば特許文献3に示すように、縦型の石英反応管内の下端にH2 ガスとO2 ガスとを別個に導入し、これを石英キャップ内に設けた燃焼部にて燃焼させて水蒸気を発生し、この水蒸気をウエハの配列方向に沿って上昇させつつ酸化処理を行なうようにした酸化装置も提案されている。しかし、この場合には、上記した燃焼部にてH2 ガスを燃焼させるようにしているので、例えば処理容器の下端では水蒸気リッチになり、そして、水蒸気が上昇するに従ってこれが消費されて処理容器の上端では逆に水蒸気不足の傾向となるので、ウエハ面上に形成される酸化膜の厚さがウエハの支持位置により大きく異なる場合が生じ、この酸化膜の厚さの面間均一性が劣化する場合もあった。
As an example of the wet oxidation treatment method, for example, as shown in
また、他の装置例として例えば特許文献4に開示されているように、横型のバッチ式の反応管内に複数の半導体ウエハを並べて設置し、この反応管の一端側より、O2 ガスを導入したり、或いはO2 ガスとH2 ガスとを同時に導入したりして、減圧雰囲気下にて酸化膜を生成するようにした酸化装置も提示されている。しかし、この従来装置例の場合には、水素燃焼酸化法を用いて比較的高い圧力雰囲気下にて成膜を行っていることから、水蒸気成分が反応の主体となり、上述したように処理容器内のガス流の上流側と下流側との間での水蒸気の濃度差が大きくなり過ぎ、酸化膜の厚さの面間均一性が劣化する恐れがあった。
また更に、他の装置例として例えば特許文献5に開示されているように、ランプ加熱による枚葉式のプロセスチャンバ内に酸素ガスと水素ガスとを供給し、これらの両ガスをプロセスチャンバ内に設置した半導体ウエハ表面の近傍にて反応させて水蒸気を生成し、この水蒸気でウエハ表面のシリコンを酸化させて酸化膜を形成するようにした装置が示されている。
As another example of the apparatus, as disclosed in
As another example of the apparatus, as disclosed in, for example,
しかし、この装置例の場合には、ウエハから20〜30mm程度だけ離れたガス入口から酸素ガスと水素ガスとをプロセスチャンバ内に導入し、半導体ウエハ表面の近傍にてこれらの酸素ガスと水素ガスとを反応させて水蒸気を発生させて、しかもプロセス圧力も比較的高い領域で行うことから、膜厚の面内均一性に劣る恐れが生ずる、といった問題があった。
そこで、本出願人は、上記各問題点を解決するために特許文献6において、O2 などの酸化性ガスとH2 などの還元性ガスとを、それぞれ処理チャンバの上部と下部とに同時に供給して真空雰囲気下で反応させて酸素活性種と水酸基活性種とを主体とする雰囲気を形成し、この雰囲気中でシリコンウエハ等を酸化させる酸化方法を開示した。
However, in the case of this apparatus example, oxygen gas and hydrogen gas are introduced into the process chamber from a gas inlet separated by about 20 to 30 mm from the wafer, and these oxygen gas and hydrogen gas are introduced in the vicinity of the semiconductor wafer surface. Is generated in a region where the process pressure is relatively high, and there is a problem that the in-plane uniformity of the film thickness may be inferior.
The present applicant, in
この酸化方法を図11を参照して簡単に説明する。図11は従来の酸化装置を示す概略構成図である。図11に示すように、この酸化装置2は外側周囲に抵抗加熱ヒータ4を配置した縦型の筒体状の処理容器6を有している。この処理容器6内には、その下方より昇降可能にロード・アンロードされるウエハボート8が設置されており、このウエハボート8にシリコン基板等よりなる半導体ウエハWが多段に載置して保持されている。この処理容器6の下部側壁側には、H2 ガスを供給するH2 ガスノズル10とO2 ガスを供給するO2 ガスノズル12とが設けられており、処理容器6の上部には、図示しない真空ポンプ等に連結される排気口14が設けられる。
上記両ノズル10、12より上記処理容器6内の下部に導入されたH2 ガスとO2 ガスの両ガスは、この処理容器6内で例えば133Pa未満の圧力下で反応しつつ酸素活性種と水酸基活性種とを発生し、これらの活性種は処理容器6内を上昇しつつウエハWの表面と接触してその表面を酸化することになる。
This oxidation method will be briefly described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a conventional oxidation apparatus. As shown in FIG. 11, the
Both the H 2 gas and the O 2 gas introduced into the lower part of the
上記したような特許文献1〜6に開示された酸化方法によれば、膜質特性が良好な酸化膜を形成でき、しかも、酸化膜の膜厚の面内均一性も高く維持することができた。ところで、最近にあっては、半導体ウエハの表面に異種の材料が露出している場合、このウエハ表面に上記したような膜質特性が良好な酸化膜を選択的に形成することが要請される場合が生じている。例えばフラッシュメモリのようにONO膜のゲート構造を含む半導体集積回路を製造する場合には、半導体ウエハの表面にシリコン層とシリコン窒化層が共に露出した状態において、シリコン窒化層上にはSiO2 の酸化膜をできるだけ形成せずに特にシリコン層に上記したような膜質特性の良好な酸化膜を選択的に形成する必要がある。このような場合、前述したような酸素活性種と水酸基活性種とを単に用いた成膜方法では、酸化力が強いことからシリコン層上のみならず、酸化がし難いシリコン窒化層上もかなりの厚さでSiO2 膜よりなる酸化膜が形成されてしまい、十分な選択酸化処理を実施することができない、といった不都合があった。
According to the oxidation methods disclosed in
この点について図12を参照してより具体的に説明する。図12はONO膜よりなるゲート構造を有する半導体集積回路の製造工程の一部を示す図であり、例えばフラッシュメモリ用のゲート構造にあっては、シリコン基板100上に、ゲート酸化膜102を介して例えば多結晶シリコンよりなる第1のゲート電極104を形成し、この第1のゲート電極104上に、シリコン酸化膜106、シリコン窒化膜108及びシリコン酸化膜110の3層構造よりなるONO膜を有している(図12(A)参照)。
This point will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram showing a part of a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit having a gate structure made of an ONO film. For example, in a gate structure for a flash memory, a
そして、この素子の形成途中において、周辺回路素子のゲート酸化膜112(図12(B)参照)を形成する場合には、上記ゲート酸化膜112の形成のために酸化処理を行なう。そして、その後に電極形成処理を行って、図12(C)に示すように、フラッシュメモリ用の第2のゲート電極114を形成すると同時に、周辺回路素子用のゲート電極116を形成する。ここで図12(B)に示す工程で酸化処理を行なう場合、酸素活性種と水酸基活性基とを単に用いた従来の低水素濃度の低圧活性種酸化方法では、ONO膜の最上部のシリコン酸化膜110が、この下地のシリコン窒化膜108からシリコン原子を吸い上げて酸化膜が増大するので、シリコン窒化膜110が薄くなってしまい、設計通りのONO膜構造が得られなくなる、といった問題があった。
Then, when forming the gate oxide film 112 (see FIG. 12B) of the peripheral circuit element during the formation of this element, an oxidation process is performed to form the
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、表面に露出している異種材料の表面に対して十分な選択酸化処理を行うことができ、しかも、その膜厚の面間均一性も高く維持することが可能な被処理体の酸化方法、酸化装置及び記憶媒体を提供することにある。 The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. The object of the present invention is to perform sufficient selective oxidation treatment on the surface of a different kind of material exposed on the surface, and to maintain a high uniformity of the film thickness between the surfaces. An object of the present invention is to provide a body oxidation method, an oxidation apparatus, and a storage medium.
本発明者は、酸素活性種と水酸基活性種とを用いた低圧の選択酸化処理について鋭意研究した結果、酸化性ガスである酸素ガスの供給を反応途中で補給し、更に、還元性ガスである水素ガスの濃度を最適化することにより、選択酸化が可能となり、しかも膜厚の面間均一性も高く維持することができる、という知見を得ることにより、本発明に至ったものである。 As a result of earnest research on the low-pressure selective oxidation treatment using the oxygen active species and the hydroxyl active species, the present inventor replenished the supply of oxygen gas, which is an oxidizing gas, during the reaction, and is a reducing gas. By optimizing the concentration of hydrogen gas, selective oxidation is possible, and the in-plane uniformity of the film thickness can be maintained at a high level, thereby obtaining the present invention.
請求項1に係る発明は、所定の長さを有する真空引き可能になされた縦型の処理容器内にシリコン層とシリコン窒化層とが表面に露出している被処理体を前記処理容器の長さ方向に沿って多段に複数枚収容し、前記処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を選択的に酸化するようにした被処理体の酸化方法において、酸化性ガス噴射ノズルのガス出口と還元性ガス噴射ノズルのガス出口とを前記処理容器の長手方向の一端側にそれぞれ位置させて、前記酸化性ガスと前記還元性ガスとを前記処理容器の長手方向の一端側よりそれぞれ供給して他端側に向けて流すと共に、前記処理容器の長手方向の途中に補助ノズルのガス噴射口を位置させて前記酸化性ガスを前記処理容器の長手方向の途中に補助的に供給するようにしたことを特徴とする被処理体の酸化方法である。
このように、酸化性ガスと還元性ガスとを処理容器の長手方向の一端側よりそれぞれ供給すると共に、酸化性ガスを処理容器の長手方向の途中に補助的に供給するようにしたので、シリコン層とシリコン窒化層との異種材料が表面に露出している被処理体に対して十分な選択酸化処理を行うことができ、しかも、形成される酸化膜の厚さの面間均一性も高く維持することができる。
Invention, the processing chamber to be processed body in which a silicon layer and a silicon nitride layer is exposed on the surface evacuable Ninasa the vertical processing barber vessel having a predetermined length according to
As described above, the oxidizing gas and the reducing gas are respectively supplied from one end side in the longitudinal direction of the processing container, and the oxidizing gas is supplementarily supplied in the longitudinal direction of the processing container. A sufficient selective oxidation treatment can be performed on the object whose surface is exposed to a different material between the layer and the silicon nitride layer, and the uniformity of the thickness of the formed oxide film is also high. Can be maintained.
この場合、例えば請求項2に規定するように、前記両ガスに対する前記還元性ガスの濃度は50%〜100%未満である。
また例えば請求項3に規定するように、前記処理容器内の被処理体の収容領域はその長手方向において少なくとも3つの領域に区画されており、前記各領域毎に前記酸化性ガスが補助的に供給される。
また例えば請求項4に規定するように、前記各領域毎に補助的に供給される酸化性ガスは、それぞれ供給の停止を含めて流量が独立的に制御される。
In this case, for example, as defined in
Further, for example, as defined in
Further, for example, as defined in
また例えば請求項5に規定するように、前記酸化性ガスはO2 とN2 OとNOとNO2 とO3 よりなる群から選択される1つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはH2 とNH3 とCH4 とHClと重水素よりなる群から選択される1つ以上のガスを含む。
請求項6に係る発明は、シリコン層とシリコン窒化層とが表面に露出している被処理体を所定のピッチで多段に複数枚支持する保持手段と、前記被処理体の表面を選択的に酸化処理するために前記保持手段を収容することができるように所定の長さを有すと共に真空引き可能になされた縦型の処理容器と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処理容器の一端側に酸化性ガス噴射ノズルのガス出口を位置させて前記処理容器内の一端側へ酸化性ガスを供給する主酸化性ガス供給手段と、前記処理容器の一端側に還元性ガス噴射ノズルのガス出口を位置させて前記処理容器内の一端側へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、前記処理容器内のガスの流れ方向の途中に補助ノズルのガス噴射口を位置させて前記処理容器内の長手方向の途中に酸化性ガスを供給する補助酸化性ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする酸化装置である。
For example, as defined in
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a holding means for supporting a plurality of objects to be processed, each having a silicon layer and a silicon nitride layer exposed on the surface, at a predetermined pitch , and a surface of the object to be processed selectively. A vertical processing container having a predetermined length and capable of being evacuated so that the holding means can be accommodated for oxidation, and a heating means for heating the object to be processed; a main oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas into one end of the pre-Symbol processing container end side to position the gas outlet of the oxidizing gas injection nozzle of the processing chamber, reduced to one end of the processing vessel A reducing gas supply means for positioning a gas outlet of the reactive gas injection nozzle to supply a reducing gas to one end in the processing container, and a gas injection port of the auxiliary nozzle in the middle of the gas flow direction in the processing container the length of the pre-Symbol processing chamber by positioning the An auxiliary oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas in the middle of the direction, an oxidation apparatus characterized by comprising a.
この場合、例えば請求項7に規定するように、前記補助酸化性ガス供給手段は、前記処理容器の長手方向の異なる位置にその先端部のガス噴射口が位置する複数の補助ノズルを有する。
この場合、例えば請求項8に規定するように、前記各補助ノズルからのガス供給量は、供給停止を含めてそれぞれ独立的に制御可能になされている。
この場合、例えば請求項9に規定するように、前記補助酸化性ガス供給手段は、前記処理容器の長手方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口の形成された補助ノズルを有している。
In this case, for example, as defined in
In this case, for example, as defined in
In this case, for example, as defined in
この場合、例えば請求項10に規定するように、前記ガス噴射口は、前記処理容器内の被処理体の収容領域をその長手方向において少なくとも3つの領域に区画した各領域に対応するように位置されている。
この場合、例えば請求項11に規定するように、前記酸化性ガスはO2 とN2 OとNOとNO2 とO3 よりなる群から選択される1つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはH2 とNH3 とCH4 とHClと重水素よりなる群から選択される1つ以上のガスを含む。
請求項12に係る発明は、シリコン層とシリコン窒化層とが表面に露出している被処理体を所定のピッチで多段に複数枚支持する保持手段と、前記被処理体の表面を選択的に酸化処理するために前記保持手段を収容することができるように所定の長さを有すと共に真空引き可能になされた縦型の処理容器と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処理容器の一端側に酸化性ガス噴射ノズルのガス出口を位置させて前記処理容器内の一端側へ酸化性ガスを供給する主酸化性ガス供給手段と、前記処理容器の一端側に還元性ガス噴射ノズルのガス出口を位置させて前記処理容器内の一端側へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、前記処理容器内のガスの流れ方向の途中に補助ノズルのガス噴射口を位置させて前記処理容器内の長手方向の途中に酸化性ガスを供給する補助酸化性ガス供給手段と、を備えた酸化装置を用い、前記処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を選択的に酸化するようにして酸化処理を行なうに際して、前記酸化性ガスと前記還元性ガスとを前記処理容器の長手方向の一端側よりそれぞれ供給すると共に、前記酸化性ガスを前記処理容器の長手方向の途中に補助的に供給するように前記酸化装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。
In this case, for example, as defined in
In this case, for example, as defined in claim 11, the oxidizing gas includes one or more gases selected from the group consisting of O 2 , N 2 O, NO, NO 2, and O 3 , and the reducing property. gas comprises one or more gases selected from H 2 and NH 3, CH 4, HCl and the group consisting of deuterium.
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided holding means for supporting a plurality of objects to be processed, each having a silicon layer and a silicon nitride layer exposed on the surface, at a predetermined pitch, and a surface of the object to be processed selectively. A vertical processing container having a predetermined length and capable of being evacuated so that the holding means can be accommodated for oxidation, and a heating means for heating the object to be processed; A main oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas to one end side in the processing container by positioning a gas outlet of the oxidizing gas injection nozzle on one end side of the processing container, and a reducing property on one end side of the processing container A reducing gas supply means for positioning a gas outlet of the gas injection nozzle to supply a reducing gas to one end side in the processing container; and a gas injection port of the auxiliary nozzle in the middle of the gas flow direction in the processing container. Positioned in the processing vessel An auxiliary oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas in the middle of the longitudinal direction, using an oxidation apparatus having a supplies an oxidizing gas and a reducing gas reacting the two gases into the processing chamber in by letting you selectively oxidizing the surface of the object to be treated in an atmosphere having the oxygen active species and active hydroxyl species generating an oxidation treatment by, and said reducing gas and said oxidizing gas A program for controlling the oxidizer so as to be supplied from one end side in the longitudinal direction of the processing container and to supply the oxidizing gas in the middle of the processing container in the longitudinal direction is stored. Storage medium.
本発明の被処理体の酸化方法、酸化装置及び記憶媒体によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
酸化性ガスと還元性ガスとを処理容器の長手方向の一端側よりそれぞれ供給すると共に、酸化性ガスを処理容器の長手方向の途中に補助的に供給するようにしたので、シリコン層とシリコン窒化層との異種材料が表面に露出している被処理体に対して十分な選択酸化処理を行うことができ、しかも、形成される酸化膜の厚さの面間均一性も高く維持することができる。
According to the oxidation method, the oxidation apparatus, and the storage medium of the object to be processed according to the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
Since the oxidizing gas and the reducing gas are supplied from one end side in the longitudinal direction of the processing container, and the oxidizing gas is supplementarily supplied in the middle of the processing container in the longitudinal direction, the silicon layer and the silicon nitride It is possible to perform sufficient selective oxidation treatment on a target object whose surface is exposed to a material different from that of the layer, and to maintain high uniformity of the thickness of the oxide film to be formed. it can.
以下に、本発明に係る被処理体の酸化方法、酸化装置及び記憶媒体の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明方法を実施するための酸化装置の一例を示す構成図である。まずこの酸化装置について説明する。図示するように、この酸化装置20は下端が開放されて上下方向に所定の長さを有して円筒体状になされた縦型の処理容器22を有している。この処理容器22は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
この処理容器22の天井部には、開口された排気口24が設けられると共に、この排気口24に例えば直角に横方向へ屈曲された排気ライン26が連設されている。そして、この排気ライン26には、途中に圧力制御弁28や真空ポンプ30等が介設された真空排気系32が接続されており、上記処理容器22内の雰囲気を真空引きして排気できるようになっている。
Hereinafter, an embodiment of an oxidation method, an oxidation apparatus, and a storage medium for an object to be processed according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an oxidation apparatus for carrying out the method of the present invention. First, the oxidation apparatus will be described. As shown in the figure, the
An
上記処理容器22の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド34によって支持されており、このマニホールド34の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハWを多段に所定のピッチで載置した保持手段としての石英製のウエハボート36が昇降可能に挿脱自在になされている。上記処理容器22の下端と上記マニホールド34の上端との間には、Oリング等のシール部材38が介在されて、この部分の気密性を維持している。本実施例の場合において、このウエハボート36には、例えば50枚程度の直径が300mmのウエハWを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。
The lower end of the
このウエハボート36は、石英製の保温筒40を介してテーブル42上に載置されており、このテーブル42は、マニホールド34の下端開口部を開閉する蓋部44を貫通する回転軸46の上端部に支持される。そして、この回転軸46の貫通部には、例えば磁性流体シール48が介設され、この回転軸46を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部44の周辺部とマニホールド34の下端部には、例えばOリング等よりなるシール部材50が介設されており、処理容器22内の気密性を保持している。
上記した回転軸46は、例えばボートエレベータ等の昇降機構52に支持されたアーム54の先端に取り付けられており、ウエハボート36及び蓋部44等を一体的に昇降できるようになされている。尚、上記テーブル42を上記蓋部44側へ固定して設け、ウエハボート36を回転させることなくウエハWの処理を行うようにしてもよい。
The
The rotating
上記処理容器22の側部には、これを取り囲むようにしてた例えば特開2003−209063号公報に記載されたようなカーボンワイヤ製のヒータよりなる加熱手段56が設けられており、この内側に位置する処理容器22及びこの中の上記半導体ウエハWを加熱し得るようになっている。このカーボンワイヤヒータは清浄なプロセスが実現でき、且つ昇降温特性に優れている。またこの加熱手段56の外周には、断熱材58が設けられており、この熱的安定性を確保するようになっている。そして、上記マニホールド34には、各種のガスをこの処理容器22内へ導入して供給するための各種のガス供給手段が設けられている。
A heating means 56 made of a carbon wire heater as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-209063 is provided on the side of the
具体的には、このマニホールド34には、上記処理容器22内へ酸化性ガスを供給する主酸化性ガス供給手段60及び補助酸化性ガス供給手段62と、処理容器22内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段64とがそれぞれ設けられている。まず、上記主酸化性ガス供給手段60と還元性ガス供給手段64は、上記マニホールド34の側壁を貫通させてその先端部を処理容器22内の一端側である下部に挿入して臨ませて設けた酸化性ガス噴射ノズル66及び還元性ガス噴射ノズル68をそれぞれ有している。そして、各噴射ノズル66、68から延びるガス通路70、72の途中にはマスフローコントローラのような流量制御器74、76がそれぞれ介設されており、マイクロコンピュータ等よりなる主制御部78により上記各流量制御器74、76をそれぞれ制御して各ガス流量を制御し得るようになっている。また、この主制御部78は、この酸化装置20の全体の動作も制御するものであり、後述するこの酸化装置20の動作は、この主制御部78からの指令によって行われる。この主制御部78は、その動作制御を行なうためのプログラムが予め記憶されているフロッピディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体100を有している。
Specifically, a main oxidizing
また本発明の特徴とする補助酸化性ガス供給手段62は、処理容器22の長手方向の途中に酸化性ガスを補助的に供給するものであり、図示例では上記マニホールド34の側壁を貫通させてその先端側をL字状に屈曲させて上方に延ばした複数本、例えば3本の補助ノズル80A、80B、80Cを有している。上記各補助ノズル80A〜80Cから延びるガス通路82A、82B、82Cの途中には、マスフローコントローラのような流量制御器84A、84B、84C及び開閉弁86A、86B、86Cがそれぞれ介設されており、上記主制御部78により補助的に供給する酸化性ガスの供給量を、供給の停止も含めてそれぞれ独立的に制御し得るようになっている。そして、上記各補助ノズル80A〜80Cの先端部はガス噴射口88A、88B、88Cとして形成されており、各ガス噴射口88A〜88Cは、上記処理容器22の長手方向(上下方向)の途中においてそれぞれ異なる位置に設置されている。ここでは処理容器22内のウエハWの配列された収容領域Sをガスの流れ方向に沿って例えば3つの領域、すなわち上流域S1と中流域S2と下流域S3とに区画し、各流域S1〜S3に、上記ガス噴射口88A〜88Cをそれぞれ位置させている。
The auxiliary oxidizing gas supply means 62, which is a feature of the present invention, supplies auxiliary oxidizing gas in the middle of the
具体的には、上記処理容器22内のウエハWが収容される空間を収容領域Sとしており、図示例では処理容器22内へ導入されたガスは、この導入された位置より収容領域S内を上方向に向かって流れて上端部に設けた排気口24から排出される。そして、この収容領域Sは、ウエハボート36の長さよりも僅かに上下方向に広く設定されており、ガスの流れ方向に沿って便宜上、3つの領域、すなわち上流域S1(図中において下部の領域)、中流域S2(図中において中央の領域)、下流域S3(図中において上部の領域)に区分されている。例えば最も短い補助ノズル80Aのガス噴射口88Aを上流域S1に位置させている。より詳しくは、このガス噴射口88Aは、ウエハボート36の下端部の近傍に位置させるのがよい。
Specifically, a space in which the wafer W in the
また補助ノズル80Bのガス噴射口88Bは、中流域S2の略中央部に位置させ、最長の補助ノズル80Cのガス噴射口88Cは、下流域S3であってウエハボート36の上端部よりも僅かな距離だけ下方に位置させるのがよい。尚、これらの各領域の区画は単なる一例であって、これよりも少なく、或いは多く区画するようにしてそれぞれの領域に対応させて補助ノズルを設けるようにしてもよい。ここでは一例として酸化性ガスとしてはO2 ガスが用いられ、還元性ガスとしてはH2 ガスが用いられている。また図示されてないが、必要に応じてN2 ガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段も設けられている。
Further, the
次に、以上のように構成された酸化装置20を用いて行なわれる酸化方法について説明する。以下に説明する酸化装置20の動作は、前述したように記憶媒体100に記憶されているプログラムに基づいて動作する主制御部100からの指令によって行われる。
まず、例えばシリコンウエハよりなる半導体ウエハWがアンロード状態で酸化装置20が待機状態の時には、処理容器22はプロセス温度より低い温度に維持されており、常温の多数枚、例えば50枚のウエハWが載置された状態のウエハボート36をホットウォール状態になされた処理容器22内にその下方より上昇させてロードし、蓋部44でマニホールド34の下端開口部を閉じることにより処理容器22内を密閉する。この半導体ウエハWの表面には、前述したようにシリコン層とシリコン窒化層とが予めパターン化されて共に露出している。尚、シリコン層とはシリコン基板の表面自体も含むものとする。
Next, an oxidation method performed using the
First, when the semiconductor wafer W made of, for example, a silicon wafer is in an unloaded state and the
そして、処理容器22内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段56への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させて酸化処理用のプロセス温度まで昇温して安定させ、その後、酸化処理工程を行なうに必要とされる所定の処理ガス、すなわちここではO2 ガスとH2 ガスとを流量制御しつつ各ガス供給手段60、62、64の酸化性ガス噴射ノズル66、補助ノズル80A〜80C、及び還元性ガス噴射ノズル68からそれぞれ処理容器22内へ供給する。
この両ガスは処理容器22内を上昇しつつ真空雰囲気下にて反応して水酸基活性種と酸素活性種とが発生し、この雰囲気が回転しているウエハボート36に収容されているウエハWと接触してウエハ表面に対して選択的に酸化処理が施されることになる。すなわち、シリコン層上には厚くSiO2 の酸化膜が形成され、シリコン窒化層上には薄くSiO2 の酸化膜が形成される。そして、この処理ガス、或いは反応により生成したガスは処理容器22の天井部の排気口24から系外へ排気されることになる。
Then, the inside of the
Both gases ascend in the
この時のガス流量はH2 ガスが200〜5000sccmの範囲内で、例えば1800sccm、O2 ガスが50〜10000sccmの範囲内で、例えば400sccmである。
上記酸化処理の具体的な流れは、上述のように、処理容器22内へ別々に導入されたO2 ガスとH2 ガスは、ホットウォール状態となった処理容器22内を上昇しつつウエハWの直近で水素の燃焼反応を介して酸素活性種(O*)と水酸基活性種(OH*)とを主体とする雰囲気が形成されて、これらの活性種によってウエハWの表面が酸化されてSiO2 膜が形成される。この時のプロセス条件は、ウエハ温度が400〜1000℃の範囲内、例えば900℃、圧力は13.3〜1330Paの範囲内、例えば133Pa(1Torr)である。また、処理時間は形成すべき膜厚にもよるが例えば10〜30分程度である。
The gas flow rate at this time is in the range of 200 to 5000 sccm for H 2 gas, for example, 1800 sccm, and in the range of 50 to 10,000 sccm for O 2 gas, for example, 400 sccm.
As described above, the specific flow of the oxidation process is as described above. The O 2 gas and the H 2 gas separately introduced into the
ここで上記した活性種の形成過程は、次のように考えられる。すなわち、減圧雰囲気下にて水素と酸素とを別々にホットウォール状態の処理容器22内へ導入することにより、ウエハWの直近にて以下のような水素の燃焼反応が進行すると考えられる。尚、下記の式中において*印を付した化学記号はその活性種を表す。
H2 +O2 → H*+HO2
O2 +H* → OH*+O*
H2 +O* → H*+OH*
H2 +OH* → H*+H2 O
Here, the process of forming the active species is considered as follows. That is, it is considered that the following hydrogen combustion reaction proceeds in the immediate vicinity of the wafer W by separately introducing hydrogen and oxygen into the
H 2 + O 2 → H * + HO 2
O 2 + H * → OH * + O *
H 2 + O * → H * + OH *
H 2 + OH * → H * + H 2 O
このように、H2 及びO2 を別々に処理容器22内に導入すると、水素の燃焼反応過程中においてO*(酸素活性種)とOH*(水酸基活性種)とH2 O(水蒸気)が発生し、これらによりウエハ表面が酸化されてSiO2 膜が上述のように選択的に形成される。この時、特に上記O*とOH*の両活性種が大きく作用するものと考えられる。ここで、本発明では、各補助ノズル80A〜80Cを用いて収容領域Sの各領域、すなわち上流域S1、中流域S2、下流域S3に対してO2 ガスをそれぞれ必要量だけ供給しており、このO2 ガスが下方向より上昇してくるH2 ガスと順次反応して消費されて、或いは失活して不足気味になった酸素活性種や水酸基活性種がこれらを補うように作られる。従って、面間方向(高さ方向)においてウエハWのどの高さ位置においても過不足のない活性種が存在するような状態となって活性種の濃度を均一にでき、シリコン層の表面に選択的に形成された酸化膜の膜厚の面間均一性を向上させることができる。この結果図12に示したようなONO膜のゲート構造において、シリコン窒化膜108が薄膜化されることを防止でき、設計通りのONO膜構造を得ることができる。
As described above, when H 2 and O 2 are separately introduced into the
次に、Si面(シリコン層)とSiN(シリコン窒化層)とが表面に露出しているシリコン基板のウエハに対して実際に選択酸化処理を施して、その時の水素ガス濃度やO2 ガスの供給態様の評価を行ったので、その評価結果について説明する。
<評価1>
まず評価1として、補助酸化性ガス供給手段62を用いず(O2 ガスの供給はゼロ)、主酸化性ガス供給手段50からO2 ガスを供給し、還元性ガス供給手段64からH2 ガスを供給し、全ガス流量に対するH2 ガス濃度を変化させた時の酸化膜の厚さの関係を検討した。図2及び図3はその結果を示し、図2はH2 ガス濃度とSiN面/Si面上の酸化膜の厚さとの関係を示すグラフ、図3は図2中のSi面上の酸化膜の厚さ7nmの時のH2 ガス濃度と膜厚の比(選択比)との関係を示すグラフである。
図2において、横軸はSi面(シリコン層)上のSiO2 膜の厚さを示し、縦軸はSiN面(シリコン窒化層)上のSiO2 膜の厚さを示す。図3において、横軸はH2 ガス濃度[H2 /(H2 +O2 )]を示し、縦軸は酸化膜の膜厚比(SiN面上/Si面上)を示す。この時のプロセス条件は、プロセス温度が900℃、プロセス圧力が47Pa(0.35torr)、H2 +O2 =2.0Slm[スタンダードリットルパーミニッツ](全ガス量)である。H2 ガス濃度は5%〜90%まで変化させている。
Next, the silicon substrate wafer with the Si surface (silicon layer) and SiN (silicon nitride layer) exposed on the surface is actually subjected to selective oxidation treatment, and the hydrogen gas concentration and O 2 gas at that time Since the supply mode was evaluated, the evaluation result will be described.
<
First, as
2, the horizontal axis represents the thickness of the SiO 2 film on the Si surface (silicon layer), and the vertical axis represents the thickness of the SiO 2 film on SiN surfaces (silicon nitride layer). In FIG. 3, the horizontal axis indicates the H 2 gas concentration [H 2 / (H 2 + O 2 )], and the vertical axis indicates the thickness ratio of the oxide film (on the SiN surface / on the Si surface). The process conditions at this time are a process temperature of 900 ° C., a process pressure of 47 Pa (0.35 torr), and H 2 + O 2 = 2.0 Slm [standard liter per minute] (total gas amount). The H 2 gas concentration is varied from 5% to 90%.
このグラフから明らかなように、H2 ガス濃度が低い、例えば5%程度の時でも酸化し易いSi面上により多く選択的に酸化膜(SiO2 )が形成されているが、H2 ガス濃度を高くするに従って、図2中の直線の傾きが次第に小さくなってSi面上により多くのSiO2 が形成されており、選択比が大幅に向上していることが確認できた。特に、図3に示すように膜厚比(選択比の逆数)を0.55以下にするには、H2 ガス濃度を50%以上に設定するのがよいことが確認できた。この場合、H2 ガス濃度が100%の場合には、ウエハ表面は酸化されないので、その上限は100%未満である。そして、実際には、酸化レートに基づくスループットを考慮すると、H2 ガス濃度は、好ましくは66%〜90%の範囲内がよく、この範囲では、高い選択比を維持しつつ、しかも高いスループットを確保することができることが確認できた。 As is apparent from this graph, H low 2 gas concentration, such as more selectively oxidized film by easily Si surface on oxidized even when about 5% (SiO 2) but is formed, H 2 gas concentration 2 was increased, the slope of the straight line in FIG. 2 was gradually reduced, so that more SiO 2 was formed on the Si surface, and it was confirmed that the selectivity was greatly improved. In particular, as shown in FIG. 3, it was confirmed that the H 2 gas concentration should be set to 50% or more in order to make the film thickness ratio (reciprocal of the selection ratio) 0.55 or less. In this case, when the H 2 gas concentration is 100%, the wafer surface is not oxidized, so the upper limit is less than 100%. Actually, considering the throughput based on the oxidation rate, the H 2 gas concentration is preferably in the range of 66% to 90%. In this range, a high throughput is maintained while maintaining a high selection ratio. It was confirmed that it could be secured.
しかしながら、上記の酸化処理時の場合は、選択比やスループットは十分に高くできるが、酸化膜の面間均一性はかなり低く、図4及び図5はその面間均一性について示すグラフである。図4及び図5は上記した酸化処理時における酸化膜の面間均一性を示すグラフであり、図4はH2 ガス濃度と膜厚の面間均一性との関係を示すグラフ、図5はウエハボート内の各位置における膜厚を示すグラフである。
図4の横軸はH2 ガス濃度を示し、縦軸は膜厚の面間均一性を示す。図4中にはSi面上のSiO2 膜の膜厚とSiN面上のSiO2 膜の膜厚とがそれぞれ示されており、H2 ガス濃度が70%以下までは膜厚の面間均一性は、共に8%以下を維持していたが、H2 ガス濃度が70%以上では膜厚の面間均一性は共に大幅に向上して劣化しており、特にH2 ガス濃度が90%では、Si面上のSiO2 膜の面間均一性は20%程度まで上昇し、更にSiN面上のSiO2 膜の面間均一性は32%程度まで上昇してその特性が非常に劣化している。図5は図4中のH2 ガス濃度が90%の時のウエハボート中の”BTM”(ボトム)、”CTR”(センタ)、”TOP”(トップ)の各位置の各膜厚の実際の値を示している。尚、”BTM”、”CTR”、及び”TOP”は図1中のウエハボート36の下部位置、中央位置、上部位置をそれぞれ代表している。
However, in the case of the above oxidation treatment, the selectivity and throughput can be made sufficiently high, but the inter-surface uniformity of the oxide film is considerably low, and FIGS. 4 and 5 are graphs showing the inter-surface uniformity. 4 and 5 are graphs showing the inter-surface uniformity of the oxide film during the above-described oxidation treatment, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the H 2 gas concentration and the inter-surface uniformity of the film thickness, and FIG. It is a graph which shows the film thickness in each position in a wafer boat.
The horizontal axis of FIG. 4 indicates the H 2 gas concentration, and the vertical axis indicates the inter-surface uniformity of the film thickness. FIG. 4 shows the film thickness of the SiO 2 film on the Si surface and the film thickness of the SiO 2 film on the SiN surface, respectively, and the film thickness is uniform between the surfaces until the H 2 gas concentration is 70% or less. However, when the H 2 gas concentration is 70% or more, the uniformity of the film thickness is greatly improved and deteriorated. In particular, the H 2 gas concentration is 90%. Then, the inter-surface uniformity of the SiO 2 film on the Si surface is increased to about 20%, and further, the inter-surface uniformity of the SiO 2 film on the SiN surface is increased to about 32%, and the characteristics are extremely deteriorated. ing. FIG. 5 shows the actual film thickness at each position of “BTM” (bottom), “CTR” (center), and “TOP” (top) in the wafer boat when the H 2 gas concentration in FIG. 4 is 90%. The value of is shown. Note that “BTM”, “CTR”, and “TOP” represent the lower position, the center position, and the upper position of the
図5に示すように、”BTM”、”CTR”、”TOP”の各位置でそれぞれ膜厚が実際に大きく異なっており、膜厚の面間均一性が大きく劣化していることが確認できる。この膜厚の面間均一性を改善するためには、”TOP”部分の膜厚を大きくする必要があることが認識できる。 As shown in FIG. 5, it can be confirmed that the film thickness actually differs greatly at each position of “BTM”, “CTR”, and “TOP”, and the uniformity of the film thickness is greatly deteriorated. . It can be recognized that in order to improve the inter-surface uniformity of the film thickness, it is necessary to increase the film thickness of the “TOP” portion.
<評価2>
上記図5に示す結果から、膜厚の面間均一性の向上を図るためには、上述のようにガス流の下流側である”TOP”部分の膜厚を増加させればよいことが判明し、次にそのための対策について検討した。
ここではH2 ガス濃度に対するSiO2 膜の膜厚の依存性を検討した。図6はH2 ガス濃度に対するSiO2 膜の膜厚の依存性を示すグラフである。この時のプロセス条件は、H2 ガス濃度を5%〜90%まで変化させており、それぞれ20分間の酸化処理を行った時のSiO2 膜の膜厚を示している。図示するように、Si面上のSiO2 及びSiN面上のSiO2 は、共にH2 ガス濃度が50%以上の領域(図6中で破線で囲んで示す)では、H2 ガス濃度が高くなる程、膜厚が次第に小さくなってきており、従って、H2 ガス濃度が50%以上の領域ではH2 ガス濃度が低い程、膜厚は大きく、すなわち酸化レートは高くなる。この結果、膜厚を上げたい領域にO2 ガスを供給してH2 ガス濃度を下げればよいことが認識できる。
<
From the results shown in FIG. 5, it is found that the film thickness of the “TOP” portion on the downstream side of the gas flow may be increased as described above in order to improve the uniformity of the film thickness between the surfaces. Next, we examined the countermeasures.
Here, the dependence of the SiO 2 film thickness on the H 2 gas concentration was examined. FIG. 6 is a graph showing the dependence of the SiO 2 film thickness on the H 2 gas concentration. The process conditions at this time indicate the film thickness of the SiO 2 film when the H 2 gas concentration is changed from 5% to 90% and oxidation treatment is performed for 20 minutes. As illustrated, SiO 2 on SiO 2 and SiN surfaces on Si surface, in both the H 2 gas concentration of 50% or more regions (shown enclosed by broken lines in FIG. 6), high H 2 gas concentration Accordingly, the film thickness is gradually reduced. Therefore, in the region where the H 2 gas concentration is 50% or more, the lower the H 2 gas concentration, the larger the film thickness, that is, the higher the oxidation rate. As a result, it can be recognized that the O 2 gas may be supplied to the region where the film thickness is desired to be increased to lower the H 2 gas concentration.
<評価3>
図6で示したように、膜厚を上げるには膜厚を上げたい領域にO2 ガスを供給してその領域のH2 ガス濃度を下げればよいことが認識できたので、ここでは図5において膜厚の小さい部分、すなわち”TOP”の領域(ガス流の下流域S3)に補助的にO2 ガスを供給してその時の膜厚の変化を評価検討した。この検討結果を図7に示す。
図7は、ウエハボートの各位置におけるSi面上のSiO2 膜の膜厚の変化を示すグラフである。図7中において、梨地部分は基準値(図5中のSi面上のSiO2 膜の膜厚)を示し、斜線部分は今回のO2 ガスを補助的に供給した酸化処理の酸化膜の膜厚を示す。この評価の酸化処理時には、図1中において、ノズル66、68からO2 、H2 ガスをそれぞれ供給すると共に、膜厚を大きくしたい領域である下流域S3(”TOP”)に補助ノズル80CからO2 ガスを供給している。この時のプロセス条件は、プロセス圧力、プロセス温度は、図5に示す場合と同じであり、ガス流量に関しては、H2 ガス流量が1.8slm、O2 ガス流量がノズル66から0.2slm、補助ノズル80Cから0.2slmである。従って、H2 ガス濃度は82%である。
<
As shown in FIG. 6, since it has been recognized that in order to increase the film thickness, it is sufficient to supply O 2 gas to a region where the film thickness is to be increased and to decrease the H 2 gas concentration in that region. Then, O 2 gas was supplementarily supplied to the portion having a small film thickness, that is, the “TOP” region (downstream region S3 of the gas flow), and the change in the film thickness at that time was evaluated and examined. The examination result is shown in FIG.
FIG. 7 is a graph showing changes in the thickness of the SiO 2 film on the Si surface at each position of the wafer boat. In FIG. 7, the satin portion indicates a reference value (the thickness of the SiO 2 film on the Si surface in FIG. 5), and the shaded portion indicates the oxide film film of the oxidation treatment supplementarily supplied with the O 2 gas this time. Indicates thickness. In the oxidation process of this evaluation, in FIG. 1, the O 2 and H 2 gases are supplied from the
図7から明らかなように、”TOP”の領域にO2 ガスを補助的に供給しただけで、この部分における膜厚は”2.53nm”から”8.70nm”へ略3.4倍も増加しており、従って、この部分に僅かなO2 ガスを補助的に供給するだけで膜厚の面間均一性を改善できることが確認できた。ここで注目すべき点は、”TOP”の領域にO2 ガスを補助的に供給すると、この部分よりもガス流の上流側である”CTR”や”BTM”の部分も膜厚がある程度大きくなっている。この理由は、O2 ガスが処理容器内のガス流の流れに逆らって逆拡散して行ったものと考えられる。
以上の結果より、ノズル66、68からO2 ガス、H2 ガスをそれぞれ供給すると同時に、処理容器22内のガス流方向の途中において、少なくとも一箇所からO2 ガスを供給することにより、好ましくは膜厚が最も小さくなる領域の部分にO2 ガスを供給することにより、膜厚の面間均一性を改善できることが判明した。
As is clear from FIG. 7, the film thickness in this portion is about 3.4 times from “2.53 nm” to “8.70 nm” only by supplementarily supplying O 2 gas to the “TOP” region. Therefore, it was confirmed that the uniformity of the film thickness can be improved only by supplementarily supplying a small amount of O 2 gas to this portion. It should be noted here that when O 2 gas is supplementarily supplied to the “TOP” region, the “CTR” and “BTM” portions upstream of the gas flow are also somewhat thicker than this portion. It has become. The reason for this is considered that the O 2 gas was reversely diffused against the gas flow in the processing container.
From the above results, it is preferable to supply O 2 gas and H 2 gas from the
<評価4>
さて、以上のように、処理容器22内のガス流れ方向の途中にO2 ガスを補助的に供給することにより膜厚の面間均一性を改善できることが判明したので、ここではO2 ガスの供給形態の最適化を図る検討を行った。この供給形態の検討では、先に説明した図1に示す酸化装置を用いており、この検討結果を図8に示す。図8はO2 ガスの補助的な供給形態を最適化した時のウエハボートの各位置におけるSi面上のSiO2 膜の膜厚の変化を示すグラフである。図8中において、梨地部分は基準値(図5中のSi面上のSiO2 膜の膜厚)を示し、斜線部分は今回のO2 ガスを補助的な供給を最適化した酸化処理の酸化膜の膜厚を示す。この評価の酸化処理時には、図1中において、ノズル66、68からO2 、H2 ガスをそれぞれ供給すると共に、各補助ノズル80A〜80Cからそれぞれ所定の流量でO2 ガスを供給している。この時のプロセス条件は、プロセス圧力、プロセス温度は図5及び図7に示す場合と同じであり、ガス流量に関しては、H2 ガス流量が1.8slm、ノズル66からは0.2slmであって、この点は図7に示す場合であり、更にO2 ガスを各補助ノズル80A、80B、80Cから、0.03slm、0.01slm0.01slmの流量でそれぞれ供給している。従ってH2 ガス濃度は88%である。
<
Now, as described above, since it can improve the interplanar uniformity of the film thickness was found by supplementary supply of O 2 gas in the middle of the gas flow direction in the
図8から明らかなように、”BTM”、”CTR”及び”TOP”の全領域において膜厚は4.11〜4.12nmの範囲内になっており、酸化膜の膜厚の面間均一性を大幅に向上できることを、確認することができた。ここで、ガス流の最下流である”TOP”の領域に、メインのノズル66からの1/20の流量である0.2slmという僅かな流量のO2 ガスを加えても膜厚の面間均一性を向上できるのは、図7において説明した通りである。また各補助ノズル80A〜80CからのO2 ガスの供給量は、供給の停止も含めてそれぞれ独立的に制御でき、ウエハWの表面状態によって適宜増減する。ここで説明した各評価における酸化処理では、簡単なパターンのウエハを用いたが、実際の製品ウエハでは表面に多様なパターンが形成されているのでその表面積が非常に大きくなって活性種の消費もその分、多くなる。また、酸化処理すべきウエハ枚数も異なって活性種の消費量も変化する場合もある。このように処理容器22内へ収容されたウエハの全表面積の相異に応じて、すなわちローディング効果の相異に応じて各補助ノズル80A〜80Cより供給するO2 ガスの流量をそれぞれ最適化して供給する。
As is clear from FIG. 8, the film thickness is in the range of 4.11 to 4.12 nm in all the regions of “BTM”, “CTR”, and “TOP”, and the thickness of the oxide film is uniform between the surfaces. It was confirmed that the performance can be improved significantly. Here, even if O 2 gas having a slight flow rate of 0.2 slm, which is 1/20 flow rate from the
上記実施例では、O2 ガスを補助的に供給する補助ノズルとしては、3本の補助ノズル80A〜80Cを用いたが、これに限定されず、処理容器22内のウエハボート36の略全長をカバーできるような長さに設定された、図9に示すような1本の補助ノズル80を設け、この補助ノズル80に所定のピッチで複数のガス噴射口88を分散させて設け、上流域S1〜下流域S3の全流域に亘ってO2 ガスを流量制御しつつ供給できるようにしてもよい。このような分散型の補助ノズル80を用いた場合には、例えば上記各流域S1〜S3に対応させてガス噴射口88の各口径を異ならせることにより、各流域毎のO2 ガスの流量を異ならせることができる。
In the above embodiment, the three
また図1に示す装置例にあっては、主(メイン)たるO2 ガス及びH2 ガスは、処理容器22の下部側より供給し、この処理容器22内で上方に向かうガス流を形成し、この容器の天井部の排気口24より容器外へ排出するようにした構造となっているが、これに限定されず、図10に示すような構造としてもよい。図10は酸化装置の変形例を示す概略構成図である。すなわち、図10に示す場合には、主たるO2 ガス及びH2 ガスを供給するノズル66、68をそれぞれ処理容器22の内壁に沿って上方に向けて配設し、各ガス噴射口を容器天井部に配置している。そして、排気口24を容器天井部ではなく、容器下部の側壁に設け、図1の場合とは逆に、処理容器22内に上方より下方に向かうガス流を形成するようになっている。
Further, in the apparatus example shown in FIG. 1, main O 2 gas and H 2 gas are supplied from the lower side of the
この図10に示す場合には、図1中で示した上流域S3と下流域S1との関係が上下逆様になり、また、各補助ノズル80A〜80Cからのガス供給形態は、図1中で示した場合とは上下逆様になるのは勿論である。
また、上記実施例では酸化性ガスとしてO2 ガスを用いたが、これに限定されず、N2 Oガス、NOガス、NO2 ガス等を用いてもよい。また上記実施例では還元性ガスとしてH2 ガスを用いたが、これに限定されず、NH3 ガスやCH4 ガスやHClガスを用いてもよい。
また、本発明は、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、LCD基板、ガラス基板等にも適用することができる。
In the case shown in FIG. 10, the relationship between the upstream region S3 and the downstream region S1 shown in FIG. 1 is reversed upside down, and the gas supply form from each of the
In the above embodiment, using O 2 gas as the oxidizing gas is not limited thereto,
Further, the present invention is not limited to a semiconductor wafer as an object to be processed, and can be applied to an LCD substrate, a glass substrate, and the like.
20 酸化装置
22 処理容器
36 ウエハボート(保持手段)
56 加熱手段
60 主酸化性ガス供給手段
62 補助酸化性ガス供給手段
64 還元性ガス供給手段
66 酸化性ガス噴射ノズル
68 還元性ガス噴射ノズル
80A〜80C 補助ノズル
88A〜88C ガス噴射口
110 記憶媒体
W 半導体ウエハ(被処理体)
20
56 heating means 60 main oxidizing gas supply means 62 auxiliary oxidizing gas supply means 64 reducing gas supply means 66 oxidizing
Claims (12)
酸化性ガス噴射ノズルのガス出口と還元性ガス噴射ノズルのガス出口とを前記処理容器の長手方向の一端側にそれぞれ位置させて、前記酸化性ガスと前記還元性ガスとを前記処理容器の長手方向の一端側よりそれぞれ供給して他端側に向けて流すと共に、前記処理容器の長手方向の途中に補助ノズルのガス噴射口を位置させて前記酸化性ガスを前記処理容器の長手方向の途中に補助的に供給するようにしたことを特徴とする被処理体の酸化方法。 Multistage along the workpiece that the silicon layer and the silicon nitride layer is exposed on the surface evacuable Ninasa the vertical processing barber vessel in the longitudinal direction of the processing container having a predetermined length the object to be treated in an atmosphere containing several sheets double, and an active oxygen species and active hydroxyl species generated by supplying an oxidizing gas and a reducing gas by reacting the two gases into the processing chamber to In the method for oxidizing a target object that selectively oxidizes the surface of the body,
A gas outlet of the oxidizing gas injection nozzle and a gas outlet of the reducing gas injection nozzle are respectively positioned at one end side in the longitudinal direction of the processing container, and the oxidizing gas and the reducing gas are placed in the longitudinal direction of the processing container. and each subjected fed from the direction of one end with flow toward the other end, the longitudinal direction of the longitudinal positions the gas injection port of the auxiliary nozzle in the middle and the oxidative gas in the processing chamber wherein the process chamber A method for oxidizing an object to be processed, characterized in that it is supplementarily supplied in the middle of the process.
前記被処理体の表面を選択的に酸化処理するために前記保持手段を収容することができるように所定の長さを有すと共に真空引き可能になされた縦型の処理容器と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記処理容器の一端側に酸化性ガス噴射ノズルのガス出口を位置させて前記処理容器内の一端側へ酸化性ガスを供給する主酸化性ガス供給手段と、
前記処理容器の一端側に還元性ガス噴射ノズルのガス出口を位置させて前記処理容器内の一端側へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
前記処理容器内のガスの流れ方向の途中に補助ノズルのガス噴射口を位置させて前記処理容器内の長手方向の途中に酸化性ガスを供給する補助酸化性ガス供給手段と、
を備えたことを特徴とする酸化装置。 Holding means for supporting a plurality of objects to be processed, each having a silicon layer and a silicon nitride layer exposed on the surface, in a multi-stage at a predetermined pitch;
A vertical processing container having a predetermined length and capable of being evacuated so as to accommodate the holding means for selectively oxidizing the surface of the object to be processed;
Heating means for heating the object to be processed;
A main oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas into one end of the pre-Symbol processing container end side to position the gas outlet of the oxidizing gas injection nozzle of the processing vessel,
Reducing gas supply means for positioning the gas outlet of the reducing gas injection nozzle on one end side of the processing container and supplying the reducing gas to one end side in the processing container;
An auxiliary oxidizing gas supply means for supplying a longitudinal middle oxidizing gas in the processing pre Symbol processing chamber to position the gas injection port of the auxiliary nozzles in the middle of the flow direction of the gas in the container,
An oxidation apparatus comprising:
前記被処理体の表面を選択的に酸化処理するために前記保持手段を収容することができるように所定の長さを有すと共に真空引き可能になされた縦型の処理容器と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記処理容器の一端側に酸化性ガス噴射ノズルのガス出口を位置させて前記処理容器内の一端側へ酸化性ガスを供給する主酸化性ガス供給手段と、
前記処理容器の一端側に還元性ガス噴射ノズルのガス出口を位置させて前記処理容器内の一端側へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
前記処理容器内のガスの流れ方向の途中に補助ノズルのガス噴射口を位置させて前記処理容器内の長手方向の途中に酸化性ガスを供給する補助酸化性ガス供給手段と、を備えた酸化装置を用い、前記処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を選択的に酸化するようにして酸化処理を行なうに際して、
前記酸化性ガスと前記還元性ガスとを前記処理容器の長手方向の一端側よりそれぞれ供給すると共に、前記酸化性ガスを前記処理容器の長手方向の途中に補助的に供給するように前記酸化装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。 Holding means for supporting a plurality of objects to be processed, each having a silicon layer and a silicon nitride layer exposed on the surface, in a multi-stage at a predetermined pitch;
A vertical processing container having a predetermined length and capable of being evacuated so as to accommodate the holding means for selectively oxidizing the surface of the object to be processed;
Heating means for heating the object to be processed;
A main oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas to one end side in the processing container by positioning a gas outlet of an oxidizing gas injection nozzle on one end side of the processing container;
Reducing gas supply means for positioning the gas outlet of the reducing gas injection nozzle on one end side of the processing container and supplying the reducing gas to one end side in the processing container;
An auxiliary oxidizing gas supply means for positioning the gas injection port of the auxiliary nozzle in the middle of the gas flow direction in the processing container and supplying the oxidizing gas in the middle of the longitudinal direction in the processing container; using the device, in front Symbol treatment active oxygen species generated by the reaction of the supplied both gas and oxidizing gas and a reducing gas into the container and an atmosphere having a hydroxyl active species of the object to be processed When performing oxidation treatment by selectively oxidizing the surface,
The oxidizing apparatus supplies the oxidizing gas and the reducing gas from one end side in the longitudinal direction of the processing container, and supplies the oxidizing gas in the middle of the processing container in the longitudinal direction. A storage medium for storing a program for controlling the computer.
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